说说free命令

free是个常用命令，几乎每个接触、使用linux的用户都会用到它。但往往对它的统计输出会有一些困惑，这一方面和Linux内存管理机制有关，另一方面Linux在内存统计上也确实有些不足和问题。

关键在于两个字段，buffers和cached。

你经常会发现Linux系统用了一段时间后，内存所剩无几，free命令，一看，内存全跑到 buffers和cached里面了；这个现象是正常的。访问过的磁盘文件的元数据及内容，内核都会缓存起来。这些缓存就是磁盘缓存。

Linux磁盘缓存设计特点（设计理念）：
除了系统运行必须的一小部分保留外，只要有剩余内存，只要需要，就会用给磁盘缓存。（没有一个参数可以让你限定缓存的上限。2.6内核之前有一个限定参数，后来给取消了）

所以会经常看到内存所剩无几的现象，这是缓存机制导致的，对应用是透明，在有内存需要时，这些内存会释放。这个过程对应用是透明的，应用可以认为系统的可用内存包括buffers和cached。

这种设计，在大多数服务器应用场景下都有比较好的性能表现。可以说是比较可取的。

设计本身没有问题，但free命令显示的buffers和cached并不能和磁盘缓存完全对应，这是实现细节上的不足和问题。

1. buffers和cached包含了不属于磁盘缓存的内容。
由于buffers和cached实际上就是内核为所有文件映射分配的物理页的总和（page cache）。
但内核中的“文件概念”是广泛的，不仅包含了真正位于磁盘上的文件，还包含了为特殊需要创建的虚拟文件，比如：

进程间的共享内存（通过shmget API创建的内存），内核建立一个虚拟的文件和共享内存关联起来。（通过pmap命令你可以看到进程拥有的共享内存地址空间的映射字段是/SYSVXXXX字样，不是匿名的）。

非常的不幸，这些虚拟文件映射关联的page，也被算入了free命令显示的cached字段。但这部分内存没有缓存属性，在内存不足时不能按缓存的方式来回收。(使用echo 3 >/proc/sys/vm/drop_caches，无法释放掉这部分内存）

这个问题，会带来一些麻烦。比如，按照常规理解，某产品设计内存占用过高告警的条件是，空闲内存+buffers+cached小于内存总和的20% 。一般情况下没有问题，但如果产品使用了大量的共享内存，告警将失去作用。

2. buffers和cached遗漏了部分属于磁盘缓存的内容。
还是由于buffers和cached只是内核为所有文件映射分配的物理页的总和。在文件系统方面，还有一部分缓存是不和文件映射相关联的，比如内核分配的inode对象，在文件关闭时，并不会立即释放，具备缓存的属性。这部分不在基于文件映射的页面里，而是通过slab（内核内存池）分配的。

这个问题，也会带来一些麻烦，比如某产品的一个现网问题，系统物理内存用了80%，但free top命令显示，用户进程没有占用、cached buffer也没有占用，于是担心是不是内核层内存泄露了，担心会有宕机风险。
经过分析，其实就是之前做了类似"find /“ 这样的操作，导致内核分配了太多的inode对象，并且缓存起来了。但站在用户层来看，会比较困惑和担心。

通过echo 3 >/proc/sys/vm/drop_caches可以释放这部分内存，这从侧面也证明了这部分确实属于缓存的范畴。

在最新的SUSE11 SP1系统上，free命令已经把这部分内存包含到了cached字段。